Электроосаждение, структура и свойства сплавов Bi-Pb в магнитном поле

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© В.В. ПОВЕТКИН, Т.Г. ШИБЛЕВА
tanshi@list. ru
УДК 621. 357. 7
ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВОВ Bi-Pb
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
АННОТАЦИЯ. Изучено влияние магнитного поля на электроосаждение, структуру и свойства сплавов Bi-Pb. Показано, что при магнитоэлектролизе в сплаве увеличивается содержание электроположительного компонента и выход сплава по току, измельчается структура, улучшается качество получаемых покрытий.
SUMMARY. The influence of a magnetic field on the electrodepositing, structure and properties of electrolytic alloys Bi-Pb is considered in the given paper. It was shown that under magnetic electrolysis the content of electropositive component and yield of alloy (bootstrap) by current is increasing in alloys, the structure is disintegrating, the quality of received coatings is improving.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА. Магнитоэлектролиз, электролитические сплавы, структура, выход сплава по току.
KEY WORDS. Magnetic electrolysis, electrolytic alloys, structure, yield of alloy (bootstrap) by current.
Легирование свинцом висмутовых покрытий улучшает их коррозионные и антифрикционные свойства [1]. Для совместного электроосаждения висмута и свинца использовали электролит на основе трилона Б [2].
В настоящей работе изучены процесс электроосаждения*, структура и некоторые свойства покрытий сплавом Bi-Pb в стационарных условиях и при магнитоэлектролизе [3].
Осаждение покрытий осуществляли из трилонатных растворов следующих составов (табл. 1).
Таблица 1
Электролиты для осаждения сплава свинец-висмут
Электролит № Соотношение [Pb2*]/[Bi3*] Pb (NOQ)0 Bi (NOQ)Q Трилон Б NH4Cl
г/л М г/л М г/ л М г/ л М
1 1:1 26,48 0,08 31,60 0,08 28,6 0,08 5,36 0,1
2 2:1 36,41 0,11 21,73 0,05 28,6 0,08 5,36 0,1
3 3:1 43,03 0,13 16,59 0,04 28,6 0,08 5,36 0,1
4 4:1 46,34 0,14 13,43 0,03 28,6 0,08 5,36 0,1
* Авторы выражают благодарность Е. А. Маркер за помощь в получении осадков сплавов и проведении ряда экспериментов
Электролиз проводили при комнатной температуре (pH раствора — 1,5) на медные пластины с использованием анодов из свинца. Толщина покрытий составляла 10−15 мкм. Катодный выход по току (ВТ) сплава определяли кулонометрически.
Химический состав сплавов определяли титриметрически по стандартной методике [4]. Измерения микротвердости проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 20 г. Испытания коррозионной стойкости проводили в течение трех суток погружением в 0,1 н раствор Н2Б04. Фазовое строение сплавов изучали рентгенографически при помощи дифрактометра ДРОН-6,0, используя отфильтрованное кобальтовое излучение. Магнитное поле напряженностью 0,5−3,0 кЭ создавалось с помощью соленоида. Предварительные испытания показали, что магнитогидродинамическая активация электролита значительно улучшает технологические характеристики электролита (выход металлов по току, рассеивающую способность) и качество получаемых покрытий [3], [5].
Так, наибольшая рассеивающая способность электролита с соотношением ионов соосаждаемых металлов [РЬ2*]/[ВР] = 1: 1, определяемая в ячейке Херинга-Блюма, наблюдалась при напряженности магнитного поля 1,75 кЭ (табл. 2). Поскольку при этой напряженности МП осаждались светлые, плотные, полу-блестящие покрытия наилучшего качества, указанная величина напряженности магнитного поля выбрана как оптимальная.
Таблица 2
Зависимость рассеивающей способности электролита и катодного выхода по току от напряженности магнитного поля (?к = 1,5 А/дм2, [РЬ2+]/[Б13+] = 1: 1)
Н, кЭ 0 0,50 1,00 1,30 1,75 2,00 2,50 3,00
РС, % 35 51 62 79 86 78 66 65
ВТ, % 68 70 75 80 81 79 78 76
В зависимости от соотношения концентраций металлов в электролите и катодной плотности тока осаждаются светло-серые, полублестящие мелкокристаллические покрытия, содержащие до 42% свинца. Как видно из рис. 1, с увеличением катодной плотности тока выход сплава по току снижается. Это связано с протеканием побочных процессов восстановления ионов N0^ и водорода.
При наложении магнитного поля выход сплава по току при плотностях тока от 0,5−2,5 А/дм2 увеличивается на 7−11% по сравнению с обычным режимом. Вероятно, в магнитном поле под действием силы Лоренца улучшается массо-перенос разряжающихся ионов к поверхности катода.
При электроосаждении сплава в магнитном поле изменяется и химический состав получаемых покрытий. В сплаве увеличивается содержание электроположительного компонента (висмута) на 5−8% по сравнению с осадками, полученными в стационарном режиме, что свидетельствует о снижении диффузионных ограничений при восстановлении ионов висмута и повышении скорости осаждения этого металла. Здесь уместно отметить, что эффект омагничивания электролита наблюдается и после снятия магнитного поля еще в течение 5−6 часов.
0″, А/дм2
Рис. 1. Зависимость выхода по току (1, 2) и химического состава сплава Ві-РЬ (3, 4) от катодной плотности тока: 1, 3 — обынныш режим- 2, 4 — после магнитогидравлической активации электролита (магнитоэлектролиза). Соотношение концентраций солей соосаждаемыгх металлов [РЬ+2]: [Ві+3] = 1: 1
Зависимости состава сплава от концентрации ионов металлов в растворе и катодной плотности тока, как установлено, удовлетворительно описываются уравнениями Ахумова-Розена [5] и Кочергина-Победимского [6], которые для данного случая имеют следующий вид:
1ёИ = -0,449 + 0,729 •
т [В1+3]
(при Ок = 1,5 А/дм2- температура комнатная, обычные условия) —
845 + 1,819−1ё*к [В1] [РЬ+2]
, о 1. 1
[В! ] (температура комнатная- обычные условия) —
= -0,729 + 0,663 •
[Ві] [Ві+3]
(при омагничивании и тех же самых режимах электролиза).
1ёШ = -1Д06+1,982 -1^ [Ві]
(при омагничивании и тех же самых режимах электролиза)
По рентгенографическим данным полученные сплавы ВьРЬ в изученном интервале составов представляют собой механическую смесь кристаллитов висмута и свинца, что находится в согласии с диаграммой состояния данной системы [7]. На дифрактограммах сплавов, содержащих до 5,6% РЬ, обнаружены только рефлексы висмута. При большем содержании легирующего компонента наблюдается и фаза чистого свинца с ГЦК решеткой. Однако параметры ромбоэдрической решетки висму-
та (а = 0. 475 нм- а = 57°7') и ГЦК-решетки свинца (а = 0,4942 нм) несколько отличаются от стандартных и не изменяются с ростом содержания свинца в сплаве.
По данным растровой электронной микроскопии структура электролитических сплавов отличается от структуры сплавов, полученных кристаллизацией из расплава. Различие состоит в том, что в электролитическом сплаве отсутствует эвтектика, мелкодисперсная смесь кристаллитов, которая, как структурная составляющая, обязательно присутствует в металлургических сплавах, начиная с концентраций, превышающих предел растворимости одного компонента в другом.
Структура электролитических сплавов БьРЬ характеризуется наличием двух форм роста структурных элементов. По границам крупных, хорошо ограненных кристаллитов висмута располагаются примерно на порядок более мелкие сферолитные частицы свинца, причем химический состав сплава определяет объемную долю тех или иных кристаллитов и размер кристаллитов висмута. В зависимости от содержания свинца в сплаве (СРЬ) размер кристаллитов висмута уменьшается:
а= -л/ОГ'
где — средний размер кристаллитов чистого висмута.
Осадки сплава, полученные при омагничивании электролита, характеризуются более дисперсной структурой, сглаженным рельефом поверхности, а также наличием в своем составе, по данным рентгенографии, оксидов висмута (В1203).
Микротвердость электролитических висмутовых покрытий составляла 32 МПа, что существенно выше табличного значения (17,7МПа) [8]. Повышенная микротвердость чистого электролитического висмута, очевидно, связана с его большей дисперсностью структуры по сравнению с литым висмутом и включением в покрытия его оксидов. С ростом в покрытиях более мягкого свинца их микротвердость постепенно уменьшается.
Рис. 2. Зависимость микротвердости (1, 3) и скорости коррозии (2, 4) покрытий сплавов БЬРЬ от их состава: 1, 2 — обычный электролиз- 3, 4 — магнитоэлектролиз
Как видно из рис. 2, коррозионная стойкость покрытий сплавов Bi-Pb с увеличением содержания в них свинца возрастает. Самую низкую коррозионную стойкость имеет чистый висмут (2,6 г/м2ч). Осаждение сплавов в омагниченном электролите приводит к повышению их микротвердости (в 1,21,5 раза) и коррозионной стойкости (в 2−2,5 раза).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник гальванотехника / Под ред. А. М. Гинберга, А. Ф. Иванова и Л. Л. Кравченко М.: Металлургия, 1987. 736 с.
2. Поветкин В. В., Девяткова О. В., Данчук Л. А. Электролит для осаждения сплава висмут-свинец: Патент Р Ф № 2 105 830 от 27. 02. 1998.
3. Поветкин В. В., Шиблева Т. Г., Кислицина Н. А. Влияние магнитного поля на электроосаждение и качество свинцовых покрытий //Вестник ТюмГУ. 2007. № 3. С. 58−61.
4. Шварценбах Г., Флашко Г. Комплексонометрическое титрование М.: Химия, 1970. С. 382.
5. Поветкин В. В., Шиблева Т. Г., Житникова А. В. Электроосаждение сплава свинец-индий из трилонатных растворов в магнитном поле // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2008. Т. 44. № 5. С. 522−524.
6. Ахумов Е. И., Розен Б. Я. // Доклады А Н СССР, 1956. Т. 109. № 1. С. 1140−1143.
7. Кочергин С. М., Победимский Г. Р. // Тр. Казанского химико-технологического института. Казань, 1964. Вып. 33. С. 124−127.
8. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. Т. 2. М.: Металлургия, 1962. 1488 с.
9. Справочник по свойствам металлов. Физические свойства / Под ред. Г. В. Самсонова М.: Металлургия, 1976. 599 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой